第7章锁相环路 71概述 72PLL基本原理 72.1PLL各部件的特性与数学模型 7.22PLL的环路方程与相位模型 73PLL的线性分析 74PLL的非线性分析 7.5集成锁相环介绍 7.6PLL电路实例与应用举例 2021年2月22日
2021年2月22日 1 笫7章 锁相环路 7.1 概 述 7.2 PLL基本原理 7.2.1 PLL各部件的特性与数学模型 7.2.2 PLL的环路方程与相位模型 7.3 PLL的线性分析 7.4 PLL的非线性分析 7.5 集成锁相环介绍 7.6 PLL电路实例与应用举例
71概述 (1)三种反馈控制系统分类 自动增益控制(AGC)电路:在输入信号幅度变化很大 的情况下,使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变 化的一种自动控制电路 自动频率控制(AFC)电路:是一种频率反馈控制系统, AFC电路控制的是信号的频率 自动相位控制(APC)电路:又叫锁相环路。 ( Phase Locked Loop,简称PLL),是一种相位反馈控制系统, 锁相环路控制的是信号的相位 2021年2月22日
2021年2月22日 2 7.1 概 述 （1）三种反馈控制系统分类 ▪ 自动增益控制（AGC）电路：在输入信号幅度变化很大 的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变 化的一种自动控制电路。 ▪ 自动频率控制（AFC）电路：是一种频率反馈控制系统， AFC电路控制的是信号的频率。 ▪ 自动相位控制（APC）电路：又叫锁相环路。 (Phase Locked Loop,简称PLL)，是一种相位反馈控制系统， 锁相环路控制的是信号的相位
71概述(续) (2)反馈控制系统的原理(与负反馈放大器比较) 相同点:皆是自动调节系统。 不同点:一是调节对象不同。(有频率F与相位P 二是分析方法不同。 负反馈放大器有放大器与线性反馈电路; 反馈控制系统除有放大器外,还有非线性部件, 要用非线性分析方法。 (3)反馈控制系统的特点 AFC的特点是:误差信号是频率,所以稳定时有频差。 APC的特点是:误差信号是相位,所以稳定时只有相差。 2021年2月22日
2021年2月22日 3 7.1 概 述（续） （2）反馈控制系统的原理（与负反馈放大器比较） ▪ 相同点：皆是自动调节系统。 ▪ 不同点：一是调节对象不同。（有频率F与相位P） 二是分析方法不同。 ▼ 负反馈放大器有放大器与线性反馈电路； ▼ 反馈控制系统除有放大器外，还有非线性部件， 要用非线性分析方法。 （3）反馈控制系统的特点 ▪ AFC的特点是：误差信号是频率，所以稳定时有频差。 ▪ APC的特点是：误差信号是相位，所以稳定时只有相差
72PLL基本原理:72.1PLL的方框原理图 lv (t) 环路滤波器 v2() 2(t) 鉴相器 压控振荡器 (PD) (LF aVCO (1)三个基本部件组成:鉴相器,环路滤波器和压控振荡器。 (2)基本原理 鉴相器的输出信号v(1)是输入信号v()和压控振荡器输出 信号v(t)之间相位差的函数 量后,成为压控振荡器的控制电1大),滤除高频分 (t)经环路滤波器滤波(也可能包括 在Vp()的作用下,压控振荡器输出信号的频率将发生相应变 化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。 2021年2月22日
2021年2月22日 4 7.2 PLL基本原理： 7.2.1 PLL的方框原理图 （1）三个基本部件组成：鉴相器，环路滤波器和压控振荡器。 （2）基本原理： ▪ 鉴相器的输出信号 是输入信号 和压控振荡器输出 信号 之间相位差的函数。 ▪ 经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分 量后，成为压控振荡器的控制电压 。 ▪ 在 的作用下，压控振荡器输出信号的频率将发生相应变 化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。 v (t) d v (t) i v (t) o v (t) d v (t) P v (t) P
72.1PLL的方框原理图(续) 锁相环路具有两种工作状态: 1)捕获状态—环路由失锁进入锁定的过程 (2)锁定状态—ⅤC○跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制 变化的过程 当系统开始工作时,压控振荡器的频率将向着接近输入信号 频率的方向变化,这就是捕获状态。 当PLL达到稳定状态后,若输入信号为一固定频率的正弦 波,则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等,它们 之间的相位差为一常值,这种状态称为环路的锁定状态 锁相环通常有两种不同的跟踪状态:调制跟踪与载波跟踪 τ压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化。这种状态 就是调制跟踪状态,这种环路称为“调制跟踪环路”。调制跟 环路可实现高质量的调角信号的解调。 τ压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频,那么就 称之为载波跟踪状态,这叫载波跟踪环,或称“窄带跟踪环” 2021年2月22日
2021年2月22日 5 7.2.1 PLL的方框原理图（续） (2)锁定状态──VCO跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制 变化的过程。 ▼ 当系统开始工作时，压控振荡器的频率将向着接近输入信号 频率的方向变化，这就是捕获状态。 ▼ 当PLL达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦 波，则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等，它们 之间的相位差为一常值，这种状态称为环路的锁定状态。 ▪ 锁相环通常有两种不同的跟踪状态：调制跟踪与载波跟踪。 ▼ 压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化。这种状态 就是调制跟踪状态，这种环路称为“调制跟踪环路”。调制跟踪 环路可实现高质量的调角信号的解调。 ▼ 压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频，那么就 称之为载波跟踪状态，这叫载波跟踪环，或称“窄带跟踪环”。 ▪ 锁相环路具有两种工作状态： (1)捕获状态──环路由失锁进入锁定的过程；